Auf dem Weg zu umweltfreundlicheren Diesel-Pkw

Aufgrund einer strengen Umweltpolitik ist es notwendig, Dieselmotoren mit einem geringstmöglichen Schadstoffausstoß zu betreiben. Im Rahmen des SPACE-LIGHT-Projekts sah man sich deshalb gezwungen, einen neuen homogenen Verbrennungsprozess für Dieselmotoren zur Verwendung in Personenkraftwagen zu untersuchen.

Die jüngsten Entwicklungen an Fahrzeugdieselmotoren haben zu mehr Leistung und zu geringeren CO2-Emissionen geführt. Die europäische Gesetzgebung verlangt aber, dass der Ausstoß von CO2, HC, NOx und Feststoffteilchen weiter reduziert werden muss. Vor diesem Hintergrund konzentrierte man sich im Rahmen dieses Projekts auf die Entwicklung eines homogenen Verbrennungsprozesses für Pkw mit Dieselmotoren. Der so genannte HCCI-Prozess (Homogenous Charge Compression Ignition – Homogene kompressionsgezündete Verbrennung) führt zu geringeren NOx- und Feststoffteilchen-Emissionen ohne die Leistungsfähigkeit des Dieselmotors zu beeinträchtigen.

Ein Teil der Projektarbeiten bestand in der Erforschung der Grundlagen des Turboladerverhaltens und der Sprühnebelbildung beim Betrieb von HCCI-Dieselmotoren mit mittleren Ladungen. Unter Verwendung von numerischen Simulationen wurde eine Vielzahl von Turboladermotor-Konfigurationen untersucht. Eine der Hauptfragen war der Abgleich des Turboladers, da bei mittleren Lademengen im HCCI-Modus hohe AGR-Werte (Abgasrückführung) und Ladungskühlung erforderlich sind.

AGR-Systeme sind effektive Verfahren zur Reduzierung der Menge schädlicher NOx-Emissionen eines Dieselmotors durch die Einführung von Abgasen in das Einlasssystem des Motors. Das Abgas nimmt ohne Verbrennung einen Teil des Raumes in der Brennkammer ein, während gleichzeitig die Temperatur sowie die NOx-Emissionen gesenkt werden. In einem Turboladermotor können hohe AGR-Werte zur Reduzierung der Massendurchsätze und zum Anstieg der Verdichtungsverhältnisse führen. Um die Arbeitsbedingungen des Turboladers und damit die Motorleistung im HCCI-Betrieb effektiv und zuverlässig vorhersagen zu können, wurde ein Computermodell erstellt.

Außerdem wurde die Charakterisierung eines neu gefertigten innovativen Einspritzsystems in einem experimentellen Versuchsstand abgeschlossen. Die Verwendung von Laserabbildungsverfahren ermöglichte die Überwachung und Analyse von Sprühnebelmodellbildung, indem thermodynamische Bedingungen nachgebildet wurden, die denen während der weiterentwickelten Kraftstoffeinspritzung ähnelten. Überdies wurden die unbekannten Analogien zwischen Parametern wie beispielsweise Kraftstoffdruck, Dauer des Einspritzimpulses, Luftdichte, Lufttemperatur und Eindringung des Sprühnebels untersucht.

Es besteht Interesse an einer Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen bzw. Herstellern von Fahrzeugen und hoch belastbaren Motoren, die Erfahrungen mit der Sprühnebelmodellbildung im HCCI-Verbrennungsbetrieb bzw. der Motor-Turbo-Anpassung haben.